JP2013080113A

JP2013080113A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2013080113A
Application number: JP2011220189A
Authority: JP
Inventors: Yuya Honma; 祐也本間; Kazuyuki Soma; 一之相馬; Itaru Sakabe; 至坂部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-05-02
Also published as: TW201319653A; WO2013051481A1

Abstract

【課題】曲げ損失特性および耐破断特性に加えて耐マイクロベンド特性も良好な光ファイバを提供する。
【解決手段】光ファイバ１は、ガラスからなるコア１０と、コア１０の屈折率より低い屈折率を有する樹脂からなりコア１０の周囲を覆うクラッド２０と、紫外線硬化型樹脂からなりクラッド２０の周囲を覆うオーバーコート３０とを備える。光ファイバ１のＮＡは０.２５〜０.４５である。光ファイバ１の曲げ剛性率は１.５Ｎ・ｍｍ^２以下である。光ファイバ１のＮＡをＹとし、光ファイバ１の曲げ剛性率をＸ［Ｎ・ｍｍ^２］としたとき、これらＸ，ＹがＹ＞−１.０６６Ｘ＋０.５０３なる関係式を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに関するものである。

光ファイバを伝送路として用いる光通信システムでは、近年のＦＴＴＨ（Fiber ToThe Home）やインターコネクト分野（機器間または機器内の部品間の光ファイバ接続）の伸長に伴い、光ファイバが小径に曲げられることが多くなってきている。このように小径に曲げられて用いられる光ファイバでは、曲げ損失特性が良好であること（曲げてもロス増が小さいこと）が要求され、また、耐破断特性も良好であること（曲げても折れ難いこと）が要求される。

本発明者は、曲げ損失特性および耐破断特性の双方が良好である光ファイバとしてＨ-ＰＣＦ（HardPlastic Clad Silica Fiber）に注目し、このＨ-ＰＣＦを基に諸特性が改善された光ファイバの開発を行ってきた。Ｈ-ＰＣＦは、ガラス（好適には石英ガラス）からなるコアと、このコアの屈折率より低い屈折率を有する樹脂からなりコアの周囲を覆うクラッドとを備える。

Ｈ-ＰＣＦは、クラッドが樹脂からなることから、コアの屈折率に対してクラッドの屈折率を大きく下げることが可能である（特許文献１）。したがって、コアおよびクラッドの双方がガラスからなる光ファイバ（ＡＧＦ:All Grass Fiber）と比べて、Ｈ-ＰＣＦは、開口数（ＮＡ）を大きくすることが可能であり、これにより、光の閉じ込め効果を向上させ、曲げ損失特性を向上させることができる。また、クラッド径が同じであるとすると、ＡＧＦと比べて、Ｈ-ＰＣＦは、ガラス半径を小さくできることから、耐破断特性を向上させることができる。

特開２０１１−１０７２１７号公報

ところで、一般に光ファイバはクラッドの周囲を覆う樹脂層が設けられて心線とされる。Ｈ-ＰＣＦでもクラッドの周囲にフッ素樹脂層（例えばエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等）が設けられる。この際、フッ素樹脂層は押出しにより被覆される場合が多い。

それ故、樹脂層の厚みの不均一により樹脂層が蛇行して光ファイバに側圧を与え、光ファイバのマイクロベンドロスが発生しやすい。また、ＥＴＦＥのヤング率は約８００ＭＰａと大きく、このヤング率が大きい樹脂がクラッドの周囲に直接に被覆されることから、低温時等の樹脂の収縮応力によりマイクロベンドロスが発生しやすい。

さらに、インターコネクト分野では、光ファイバはケーブル内に多心で入れられることもあり、ケーブル内での光ファイバ同士の接触や側圧により、マイクロベンドロスが発生しやすい状況になっている。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、曲げ損失特性および耐破断特性に加えて耐マイクロベンド特性も良好な光ファイバを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、ガラスからなるコアと、コアの屈折率より低い屈折率を有する樹脂からなりコアの周囲を覆うクラッドと、紫外線硬化型樹脂からなりクラッドの周囲を覆うオーバーコートとを備え、ＮＡが０.２５〜０.４５であり、曲げ剛性率が１.５Ｎ・ｍｍ^２以下であり、ＮＡをＹとし、曲げ剛性率をＸ［Ｎ・ｍｍ^２］としたとき、これらＸ，ＹがＹ＞−１.０６６Ｘ＋０.５０３なる関係式を満たすことを特徴とする。

本発明の光ファイバは、コアの直径が６０〜１００μｍであるのが好適である。また、オーバーコートが２層構造であるのが好適である。

本発明によれば、曲げ損失特性および耐破断特性に加えて耐マイクロベンド特性も良好な光ファイバが提供される。

本実施形態の光ファイバ１の断面図である。実施例および比較例それぞれの光ファイバの諸特性を纏めた表である。実施例および比較例それぞれの光ファイバのＮＡおよび曲げ剛性率と特性良否との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の光ファイバ１の断面図である。光ファイバ１は、Ｈ-ＰＣＦであって、ガラスからなるコア１０と、コア１０の屈折率より低い屈折率を有する樹脂からなりコア１０の周囲を覆うクラッド２０とを備える。コア１０のガラスは好適には石英ガラスである。コア１０は屈折率調整材（例えばＧｅＯ_２）が添加されていてもよい。コア１０の屈折率分布は、略一様であってもよいし、中心に近いほど屈折率が高いＧＩ（GradedIndex）型であってもよい。

本発明者は、このようなＨ-ＰＣＦである光ファイバ１において、紫外線硬化型樹脂からなりクラッド２０の周囲を覆うオーバーコート３０を設けるとともに、ＮＡおよび曲げ剛性率を特定範囲とすることで、曲げ損失特性および耐破断特性に加えて耐マイクロベンド特性も向上させることができることを見出した。

すなわち、本実施形態の光ファイバ１のＮＡは０.２５〜０.４５である。光ファイバ１の曲げ剛性率は１.５Ｎ・ｍｍ^２以下である。また、光ファイバ１のＮＡをＹとし、光ファイバ１の曲げ剛性率をＸ［Ｎ・ｍｍ^２］としたとき、これらＸ，ＹはＹ＞−１.０６６Ｘ＋０.５０３なる関係式を満たす。

なお、第ｉ層のヤング率をＧ_ｉとし、第ｉ層の断面二次モーメントをＩ_ｉとしたとき、曲げ剛性率ＤはＤ＝Σ(Ｇ_ｉ×Ｉ_ｉ) なる式で表される。光ファイバの如く中心層が円柱形状を有するとともに他の各層が円筒形状を有している場合には、第ｉ層の外径をＲ_ｉとしたとき、第ｉ層の断面二次モーメントＩ_ｉはＩ_ｉ＝π(Ｒ_ｉ ^４−Ｒ_ｉ−１ ^４)／６４なる式で表される。

好ましくは、コア１０の直径は６０〜１００μｍである。また、好ましくは、オーバーコート３０は、２層構造であって、内側のプライマリ層３１と外側のセカンダリ層３２とを含む。

図２は、実施例および比較例それぞれの光ファイバの諸特性を纏めた表である。また、図３は、実施例および比較例それぞれの光ファイバのＮＡおよび曲げ剛性率と特性良否との関係を示すグラフである。これらの図表には実施例１〜８および比較例１〜４が示されている。図３において、全ての特性が良好である実施例の光ファイバについては○印で示され、何れかの特性が良好でない比較例の光ファイバについては×印で示されている。耐マイクロベンド特性，曲げ損失特性および耐破断特性それぞれの良否を判定した。特性良否の判定方法は以下のとおりであった。

マイクロベンド損失値は、メッシュボビン巻取り状態および束取り後状態（前記メッシュボビンに巻かれた光ファイバをメッシュボビンから取り外した状態）それぞれでの伝送損失値の差分として求めた。メッシュボビンの胴径は４０５ｍｍであり、巻付張力は８０ｇであり、メッシュ線径は５０μｍであり、メッシュ空間は１００μｍであった。光源として白色光を出力するものが用いられた。この白色光源とサンプル光ファイバとの間に、このサンプル光ファイバと略同一の構造で長さ１００ｍの励振用光ファイバを設けた。白色光源から出力された光を励振用光ファイバの入力端に入力させ、その光が励振用光ファイバを伝播する間に高次モードを充分に減衰させ、励振用光ファイバから出力された基底モード光をサンプル光ファイバの入力端に入力させた。サンプル光ファイバの出力端から出力された光のうち波長８５０ｎｍの光のパワーを測定して、マイクロベンド損失値を求めた。サンプル光ファイバのマイクロベンド損失値が０.５ｄＢ／１０ｍ以下である場合に、そのサンプル光ファイバの耐マイクロベンド特性が良好であると判定した。

曲げ損失値は、直径４ｍｍのマンドレルにサンプル光ファイバを１ターン巻き付けた状態での伝送損失値として求めた。白色光源から出力された光をサンプル光ファイバの入力端に入力させ、サンプル光ファイバの出力端から出力された光のうち波長８５０ｎｍの光のパワーを測定して、曲げ損失値を求めた。サンプル光ファイバの曲げ損失値が３.５ｄＢ以下である場合に、そのサンプル光ファイバの曲げ損失特性が良好であると判定した。

耐破断特性は、直径４ｍｍのマンドレルにサンプル光ファイバを１０ターン巻き付けたときの破断時間に基づいて判定した。サンプル光ファイバの破断時間が１週間以上である場合（１週間経過しても破断しない場合）に、そのサンプル光ファイバの耐破断特性が良好であると判定した。

図２および図３に示されるように、ＮＡ０.２５〜０.４５であって曲げ剛性率１.５Ｎ・ｍｍ^２以下であり、さらにＹ＞−１.０６６Ｘ＋０.５０３なる関係式を満たす場合に、曲げ損失特性および耐破断特性に加えて耐マイクロベンド特性も良好であった。

なお、光ファイバのＮＡが０.２５未満である場合、曲げ損失特性が劣り、また、マイクロベンド損失の増加も起こりやすくなる。光ファイバのＮＡが０.４５超である場合、クラッド樹脂の設計が難しく、また樹脂のコストも大きく上がってしまう。。光ファイバの曲げ剛性率が０.０５Ｎ・ｍｍ^２未満である場合、ガラス径（コア径）が細くなるため、光源からの光を入射する際に精密な調心が必要となり、製造コストが上がってしまう。。また、光ファイバの曲げ剛性率が１.５Ｎ・ｍｍ^２超である場合、ガラス径（コア径）を大きくするか、オーバーコートを厚くする必要がある。ガラス径（コア径）を大きくすると、耐破断特性が劣る傾向があり、、オーバーコートを厚くすると、被覆径が大きくなり、強いてはケーブル外径が大きくなるのでインターコネクト用途では好ましくない。

コア径が大きい場合、耐破断特性が劣る傾向がある。したがって、コア１０の直径は６０〜１００μｍであるのが好ましい。

オーバーコート３０は、２層構造であって、内側のプライマリ層３１と外側のセカンダリ層３２とを含むのが好ましい。プライマリ層３１を柔らかく（ヤング率を小さく）することで、オーバーコート３０の緩衝効果を更に向上させて、マイクロベンドをさらに低減することができる。また、セカンダリ層３２を硬く（ヤング率を大きく）することで、オーバーコート３０による機械強度向上を確保することができる。プライマリのヤング率は0.2〜2.0MPaとし、セカンダリのヤング率は500〜2000MPaとするのが好ましい。

本発明の光ファイバは、以下のようにして製造することができる。ガラス母材を加熱線引してコアとする。それに紫外線硬化型樹脂をコーティングダイスを用いて塗布して紫外線を照射して硬化させ、クラッド層とする。その上に紫外線硬化型樹脂を同様にして被覆してオーバーコート層とする。オーバーコート層は熱可塑性樹脂を押出被覆してもよい。

１…光ファイバ、１０…コア、２０…クラッド、３０…オーバーコート、３１…プライマリ層、３２…セカンダリ層。

Claims

ガラスからなるコアと、前記コアの屈折率より低い屈折率を有する樹脂からなり前記コアの周囲を覆うクラッドと、紫外線硬化型樹脂からなり前記クラッドの周囲を覆うオーバーコートとを備え、
ＮＡが０.２５〜０.４５であり、
曲げ剛性率が１.５Ｎ・ｍｍ^２以下であり、
ＮＡをＹとし、曲げ剛性率をＸ［Ｎ・ｍｍ^２］としたとき、これらＸ，Ｙが
Ｙ＞−１.０６６Ｘ＋０.５０３
なる関係式を満たす、
ことを特徴とする光ファイバ。
前記コアの直径が６０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
前記オーバーコートが２層構造であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。